KR101271991B1 - Secondary battery - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재와 활물질층 사이에 카본 소재를 포함하는 중간층을 구비함으로써, 기재와 활물질층 간의 접착력을 강화할 수 있는 이차 전지에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차 전지는 기재; 상기 기재 상에 형성된 카본 소재를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되는 활물질층;을 포함한다. 이러한 구성에 의하여, 활물질 탈락이 방지되어 전지의 성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 활물질 슬러리에 접착력이 강한 바인더를 소량 사용함으로써, 전지의 안정성을 확보할 수 있다.The present invention relates to a secondary battery capable of enhancing the adhesive force between the substrate and the active material layer by providing an intermediate layer containing a carbon material between the substrate and the active material layer. Secondary battery according to the present invention; An intermediate layer comprising a carbon material formed on the substrate; And an active material layer formed on the intermediate layer. Such a structure prevents the active material from falling off, thereby improving the performance of the battery, and by using a small amount of a binder having strong adhesion to the active material slurry, it is possible to ensure the stability of the battery.

Description

이차 전지{Secondary battery}Secondary battery

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.
The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a secondary battery that can improve the performance of the battery.

일반적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이러한 이차 전지는 양극판, 음극판 및 그 사이에 세퍼레이터가 적층 또는 권취된 형상의 전극조립체를 포함한다. 이때, 양극판은 양극 기재 상에 양극 활물질이 코팅된 형태이며, 음극판은 음극 기재 상에 음극 활물질이 코팅된 형태이다.In general, a secondary battery is a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that is not rechargeable. The secondary battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and an electrode assembly having a shape in which a separator is laminated or wound therebetween. At this time, the positive electrode plate is a form in which the positive electrode active material is coated on the positive electrode substrate, the negative electrode plate is a form in which the negative electrode active material is coated on the negative electrode substrate.

이러한 이차 전지의 충ㆍ방전은 양극 활물질 또는 음극 활물질로 리튬 이온이 이동되며 이루어질 수 있다. 그러나, 양극 활물질 및 음극 활물질은 기재와의 접착력이 약한 경우 이차 전지의 제조 공정에서 탈락될 수 있다. 이러한 활물질의 탈락은 베어셀에 불량을 발생시킬 수 있으며, 베어셀 불량은 전지의 성능뿐만 아니라 전지의 안전성에도 많은 문제를 발생시킬 수 있다.
종래기술로는 일본공개특허공보 특개2000-149924호가 있다.
Charging and discharging of the secondary battery may be performed by moving lithium ions to the positive electrode active material or the negative electrode active material. However, the positive electrode active material and the negative electrode active material may be dropped in the manufacturing process of the secondary battery when the adhesion to the substrate is weak. Such dropping of the active material may cause defects in the bare cell, and the bare cell defect may cause many problems not only in the performance of the battery but also in the safety of the battery.
The prior art is Japanese Patent Laid-Open No. 2000-149924.

본 발명은 기재와 활물질층 사이에 카본(carbon) 소재를 포함하는 중간층을 구비함으로써, 기재와 활물질층 간의 접착력을 강화할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a secondary battery capable of enhancing adhesion between the substrate and the active material layer by providing an intermediate layer containing a carbon material between the substrate and the active material layer.

또한, 본 발명은 활물질 슬러리에 혼합되는 바인더의 양을 줄일 수 있는 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, an object of the present invention is to provide a secondary battery that can reduce the amount of the binder mixed in the active material slurry.

본 발명에 따른 이차 전지는 기재; 상기 기재 상에 형성된 카본 소재를 포함하는 중간층; 및 상기 중간층 상에 형성되는 활물질층;을 포함한다.Secondary battery according to the present invention; An intermediate layer comprising a carbon material formed on the substrate; And an active material layer formed on the intermediate layer.

이때, 상기 중간층에는 바인더를 더 포함할 수 있다.In this case, the intermediate layer may further include a binder.

그리고, 상기 카본 소재는 그라파이트(Graphite), 그라핀 나노시트(Graphene nano sheet) 및 그라핀(Graphene)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The carbon material may be any one selected from the group consisting of graphite, graphene nanosheets, and graphenes.

또한, 상기 기재와 상기 활물질층의 접착력은 0.5gf/㎜ 내지 5.0gf/㎜의 범위로 형성될 수 있다.In addition, the adhesion between the substrate and the active material layer may be formed in the range of 0.5gf / mm to 5.0gf / mm.

게다가, 상기 중간층의 두께는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위로 형성될 수 있다.In addition, the thickness of the intermediate layer may be formed in the range of 0.2㎛ 5㎛.

더욱이, 상기 카본 소재는 결정 영역과 비정질 영역을 포함할 수 있다.Furthermore, the carbon material may include a crystalline region and an amorphous region.

여기서, 상기 카본 소재의 비정질 영역은 2% 내지 50%의 범위로 형성될 수 있다.Here, the amorphous region of the carbon material may be formed in the range of 2% to 50%.

그리고, 상기 기재는 양극의 집전체를 포함할 수 있다.In addition, the substrate may include a current collector of a positive electrode.

또한, 상기 바인더는 PVDF(Polyvinylidene Flouride), PI(Polyimide), PAI(Polyamideimide), 키토산(Chitosane) 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
In addition, the binder may include at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), chitosan (chitosane), and styrene-butadiene rubber (SBR).

본 발명에 의하면 기재와 활물질 간의 접착력이 강화됨에 의해 활물질 탈락이 방지됨으로써, 전지의 신뢰성 및 수명을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, by dropping the active material by the adhesion between the substrate and the active material is prevented, it is possible to improve the reliability and life of the battery.

또한, 본 발명에 의하면 활물질 슬러리에 바인더를 소량 혼합하여 사용함으로써, 전지의 안정성을 확보할 수 있다.
Moreover, according to this invention, stability of a battery can be ensured by mixing a small amount of binder with an active material slurry.

도 1은 본 발명에 따른 기재에 중간층 및 활물질층이 형성되는 과정을 나타내는 단면도.
도 2는 그라파이트의 화학구조식.
도 3a는 그라핀 나노시트의 화학구조식.
도 3b는 그라핀 나노시트의 TEM(Transmission Electron Microscope, 투과전자현미경) 사진.
도 4는 그라핀의 화학구조식.
도 5는 카본 소재의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 기재와, 기재 상에 그라핀 나노시트가 형성된 극판의 율 특성을 비교한 그래프.
도 7은 기재와, 기재 상에 그라핀 나노시트가 형성된 극판의 고율 수명 특성을 비교한 그래프.
1 is a cross-sectional view showing a process of forming an intermediate layer and an active material layer on a substrate according to the present invention.
2 is a chemical structural formula of graphite.
Figure 3a is a chemical structural formula of the graphene nanosheets.
Figure 3b is a TEM (Transmission Electron Microscope, transmission electron microscope) photograph of the graphene nanosheets.
4 is a chemical structural formula of graphene.
5 is a graph showing the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of a carbon material.
6 is a graph comparing the rate characteristics of a base plate and an electrode plate having graphene nanosheets formed thereon.
FIG. 7 is a graph comparing high lifespan characteristics of a base plate and an electrode plate having graphene nanosheets formed thereon.

이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention and other details necessary for those skilled in the art to understand the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in various different forms within the scope of the claims, and thus the embodiments described below are merely exemplary, regardless of expression.

본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. It should be noted that the same components in the drawings are denoted by the same reference numerals and signs as possible even if they are shown in different drawings. In addition, the thickness and size of each layer in the drawings may be exaggerated for convenience and clarity, and may differ from actual layer thicknesses and sizes.

도 1은 본 발명에 따른 기재에 중간층 및 활물질층이 형성되는 과정을 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a process of forming an intermediate layer and an active material layer on a substrate according to the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는 기재(10)와, 기재(10) 상에 형성된 활물질층(30)을 포함한다. 그리고, 기재(10)와 활물질층(30) 사이에 카본 소재를 포함하는 중간층(20)을 더 포함한다.Referring to FIG. 1, a secondary battery according to the present invention includes a base 10 and an active material layer 30 formed on the base 10. The intermediate layer 20 further includes a carbon material between the substrate 10 and the active material layer 30.

본 발명에 따른 기재(10) 상에 중간층(20) 및 활물질층(30)이 형성되는 과정을 살펴보면, 먼저 기재(10)를 준비한다. 이때, 기재(10)는 전도성 금속 박판으로 형성된 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있으며, 특히 양극 집전체인 것이 바람직하다. 일반적으로 양극 집전체는 알루미늄(Al)으로 형성될 수 있다.Looking at the process of forming the intermediate layer 20 and the active material layer 30 on the substrate 10 according to the present invention, the substrate 10 is prepared first. At this time, the substrate 10 may be a positive electrode current collector or a negative electrode current collector formed of a conductive metal thin plate, and particularly preferably a positive electrode current collector. In general, the positive electrode current collector may be formed of aluminum (Al).

그리고, 기재(10) 상에 카본 소재를 포함하는 중간층(20)을 형성할 수 있다. 이때, 중간층(20)에는 카본 외에 접착력이 강한 바인더를 더 포함할 수 있다. 즉, 중간층(20)은 카본과 바인더가 혼합된 형태로 기재(10) 상에 박막 코팅될 수 있다. 이와 같이 중간층(20)에 바인더가 혼합되어 있으므로, 중간층(20)은 기재(10) 또는 활물질층(30)과의 접착력이 향상될 수 있다.And the intermediate | middle layer 20 containing a carbon material can be formed on the base material 10. In this case, the intermediate layer 20 may further include a binder having a strong adhesive force in addition to carbon. That is, the intermediate layer 20 may be a thin film coated on the substrate 10 in the form of a mixture of carbon and a binder. Since the binder is mixed in the intermediate layer 20 as described above, the intermediate layer 20 may have improved adhesion to the substrate 10 or the active material layer 30.

또한, 중간층(20)의 카본 소재는 결정 영역과 비정질 영역이 혼재되어 있을 수 있다. 이와 같은 비정질 영역에는 작용기가 형성될 수 있다. 이에 의해 카본 소재의 비정질 영역은 결정 영역보다 바인더에 있는 작용기와의 결합성이 더 향상될 수 있다. 예를 들면, 비정질 영역에 결합될 수 있는 바인더의 작용기로는 하이드록시기(R-OH), 카복시기(R-COOH) 및 알데하이드(R-CHO) 등이 있다. 따라서, 중간층(20)의 카본 및 바인더는 보다 용이하게 하나의 층을 이룰 수 있다.In addition, the carbon material of the intermediate layer 20 may be a mixture of the crystalline region and the amorphous region. Functional groups may be formed in such amorphous regions. As a result, the amorphous region of the carbon material may further improve the binding property with the functional group in the binder than the crystalline region. For example, functional groups of the binder that can be bonded to the amorphous region include a hydroxyl group (R-OH), a carboxy group (R-COOH), an aldehyde (R-CHO), and the like. Therefore, the carbon and the binder of the intermediate layer 20 can more easily form one layer.

이러한 카본 소재의 비정질 영역은 2% 내지 50%의 범위로 형성될 수 있다. 비정질 영역이 2% 미만으로 형성되면, 상대적으로 제조 공정상 카본 수율이 감소하고 처리 비용이 증가하여 가격이 상승할 뿐만 아니라 기재(10)와의 결착성이 감소한다는 문제점이 있다. 그리고, 비정질 영역이 50%를 초과하여 형성되면, 전도도가 감소하여 저항을 증가시키는 문제점이 있다.The amorphous region of the carbon material may be formed in the range of 2% to 50%. If the amorphous region is formed to less than 2%, there is a problem that the carbon yield is relatively reduced in the manufacturing process, the treatment cost is increased, the price is increased, and the binding with the substrate 10 is reduced. In addition, if the amorphous region is formed in excess of 50%, there is a problem in that the conductivity is decreased to increase the resistance.

여기서, 카본 소재는 그라파이트(Graphite), 그라핀 나노시트(Graphene nano sheet) 및 그라핀(Graphene)으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.Here, the carbon material may be any one selected from the group consisting of graphite, graphene nanosheets, and graphenes.

카본 소재가 그라파이트, 그라핀 나노시트 또는 그라핀으로 형성되면, 극판 내 전기전도도 향상과 더불어 기재(10)와 활물질층(30) 간의 접착력을 증대시킬 수 있다. 그라파이트, 그라핀 나노시트 또는 그라핀의 전기전도도는 우수하며, 기재(10) 위에 카본이 있는 경우 활물질층(30)과의 접촉면적이 기재(10)만 있을 때보다 증가한다. 이에 의해 접촉면적의 증가는 극판 내 접착력 증가 효과로 나타나고, 극판 내 전기전도도가 증가한다.When the carbon material is formed of graphite, graphene nanosheets, or graphene, the adhesion between the substrate 10 and the active material layer 30 may be increased while improving electrical conductivity in the electrode plate. The electrical conductivity of graphite, graphene nanosheets or graphene is excellent, and when carbon is present on the substrate 10, the contact area with the active material layer 30 is increased than when only the substrate 10 is present. As a result, the increase of the contact area appears as an effect of increasing the adhesion in the electrode plate, and the electrical conductivity in the electrode plate is increased.

여기서, 카본 소재가 그라핀 나노시트 또는 그라핀인 경우에는, 앞서 설명한 장점과 함께 그라파이트보다 결정성이 우수하기 때문에 전기전도도 측면에서 더 큰 강점이 있을 수 있다.Here, when the carbon material is a graphene nanosheet or graphene, since the crystallinity is superior to graphite in addition to the advantages described above, there may be greater strength in terms of electrical conductivity.

또한, 중간층(20)의 바인더는 PVDF(Polyvinylidene Flouride), PI(Polyimide), PAI(Polyamideimide), 키토산(Chitosane) 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In addition, the binder of the intermediate layer 20 may include at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyimide (PI), polyamideimide (PAI), chitosan (Chitosane), and styrene-butadiene rubber (SBR). Can be.

그리고, 이러한 카본과 바인더가 혼재된 중간층(20)의 두께는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위로 형성될 수 있다. 중간층(20)의 두께가 0.2㎛ 미만으로 형성되는 경우, 기재(10) 또는 활물질층(30)과의 접착력이 저하될 수 있다. 또한, 중간층(20)의 두께가 5㎛를 초과하여 형성되는 경우, 기재(10) 또는 활물질층(30)과의 접착력은 더 증가할 수 있으나, 전기전도도가 저하되는 경향이 있다.In addition, the thickness of the intermediate layer 20 in which the carbon and the binder are mixed may be formed in a range of 0.2 μm to 5 μm. When the thickness of the intermediate layer 20 is less than 0.2 μm, the adhesive force with the substrate 10 or the active material layer 30 may be reduced. In addition, when the thickness of the intermediate layer 20 is greater than 5 μm, the adhesive force with the substrate 10 or the active material layer 30 may be further increased, but the electrical conductivity tends to be lowered.

이와 같이 본 발명에 따르면, 중간층(20)이 형성된 기재(10) 상에 활물질층(30)을 형성하여, 접착력 및 전기전도도를 증가시킬 수 있다. 여기서, 활물질층(30)은 활물질 슬러리를 기재(10)에 도포하거나, 혹은 활물질 슬러리를 시트형으로 성형한 것을 기재(10)에 부착하는 방법을 이용하여 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, the active material layer 30 is formed on the substrate 10 on which the intermediate layer 20 is formed, thereby increasing adhesion and electrical conductivity. Here, the active material layer 30 may be formed using a method of applying the active material slurry to the base material 10 or attaching the active material slurry into a sheet shape to the base material 10.

양극 집전체로 이용되는 기재(10) 상의 활물질층(30)은 양극 슬러리를 이용하여 형성할 수 있다. 양극 슬러리는 용매에 양극 활물질, 도전재 및 소량의 양극바인더가 혼합되어 있으며, 양극 집전체의 적어도 일면 상에 코팅하여 활물질층(30)을 형성할 수 있다.The active material layer 30 on the substrate 10 used as the positive electrode current collector may be formed using a positive electrode slurry. The positive electrode slurry may include a positive electrode active material, a conductive material, and a small amount of positive electrode binder in a solvent, and may be coated on at least one surface of the positive electrode current collector to form the active material layer 30.

여기서, 양극 활물질은 리튬 이차 전지의 양극 화학 반응에 참여하여 전자를 발생시키며, 도전재는 양극 활물질에서 발생한 전자를 양극 집전체로 전달할 수 있다. 또한, 양극 바인더는 양극 활물질 및 도전재를 결착시키며 양극판(11)의 기계적 강도를 유지할 수 있다.Here, the positive electrode active material participates in the positive electrode chemical reaction of the lithium secondary battery to generate electrons, and the conductive material may transfer electrons generated from the positive electrode active material to the positive electrode current collector. In addition, the positive electrode binder may bind the positive electrode active material and the conductive material and maintain the mechanical strength of the positive electrode plate 11.

양극 활물질로는 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi-xCoxO2(0<x>1) 및 LiMnO2 등의 리튬 복합금속 화합물이 사용되나, 본 발명에서 이의 재질을 한정하는 것은 아니다.Lithium composite metal compounds such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi-xCoxO 2 (0 <x> 1), and LiMnO 2 are used as the positive electrode active material, but the material thereof is not limited thereto.

일반적으로 카본은 음극 활물질로 이용될 수 있으나, 본 발명에서는 양극 집전체인 기재(10)와 활물질층(30) 상에 접착제의 용도로 이용될 수 있다. 이와 같이, 중간층(20)이 형성됨으로써, 기재(10) 상에 중간층(20) 및 활물질층(30)의 2개 층이 형성될 수 있다. 이에 따라 기재(10)와 활물질층(30)의 접착성 및 전기전도도를 향상시킬 수 있다.In general, carbon may be used as a negative electrode active material, but in the present invention, carbon may be used as an adhesive on the base material 10 and the active material layer 30 which are the positive electrode current collectors. As such, by forming the intermediate layer 20, two layers of the intermediate layer 20 and the active material layer 30 may be formed on the substrate 10. Thereby, the adhesiveness and electrical conductivity of the base material 10 and the active material layer 30 can be improved.

또한, 기재(10)에 카본이 포함된 중간층(20)을 형성함으로써, 기재(10)의 저항을 낮출 수 있게 되어, 이차 전지의 고출력 및 장수명 특성을 확보할 수 있다. 더욱이, 이러한 카본이 포함된 중간층(20)이 형성된 기재(10)는 일반 기재의 특성을 보존하면서도 기재(10)와 활물질층(30) 간의 접착성을 개선하는데 탁월한 효과가 있다.In addition, by forming the intermediate layer 20 containing carbon in the substrate 10, the resistance of the substrate 10 can be lowered, thereby securing high output and long life characteristics of the secondary battery. In addition, the substrate 10 on which the intermediate layer 20 containing carbon is formed has an excellent effect in improving the adhesion between the substrate 10 and the active material layer 30 while preserving the properties of the general substrate.

이하에서는 이차 전지의 충ㆍ방전 과정을 간략하게 살펴보기로 한다. 충전기로부터 이차 전지의 음극에 전자가 제공되는 충전 시에는 양극 활물질로부터 리튬 이온이 음극 활물질로 이동한다. 즉, 리튬 화합물로부터 발생한 리튬 이온이 전해액 및 세퍼레이터를 통과하여 음극 활물질에 인터칼레이션(intercalation)되어 충전이 진행된다. 또한, 음극을 통하여 전자가 방출되는 방전 시에는 음극 활물질에 인터칼레이션된 리튬 이온이 양극 활물질로 이동한다. 즉, 음극 활물질로부터 리튬 이온이 전해액 및 세퍼레이터를 통과하여 리튬 화합물로 디인터칼레이션(deintercalation)되면서 방전이 진행된다.Hereinafter, the charging and discharging process of the secondary battery will be briefly described. During charging, in which electrons are provided from the charger to the negative electrode of the secondary battery, lithium ions move from the positive electrode active material to the negative electrode active material. That is, lithium ions generated from the lithium compound pass through the electrolyte and the separator and are intercalated with the negative electrode active material to charge. In addition, during discharge in which electrons are emitted through the negative electrode, lithium ions intercalated in the negative electrode active material move to the positive electrode active material. That is, the lithium ions pass through the electrolyte and the separator from the negative electrode active material and deintercalated with the lithium compound, thereby discharging.

이와 같이 이차 전지의 양극 활물질 및 음극 활물질은 리튬 이온이 이동하며 충ㆍ방전을 진행할 수 있도록 하는 중요한 물질이다. 따라서, 이러한 활물질은 기재(10)에서 탈락하지 않도록 기재(10)와의 접착력이 우수하여야 한다. 본 발명에서는 기재(10)와 활물질층(30) 사이에 카본을 포함하는 중간층(20)을 형성함으로써, 기재(10)와 활물질층(30)의 접착력을 향상시킬 수 있다.As described above, the positive electrode active material and the negative electrode active material of the secondary battery are important materials for allowing lithium ions to move and perform charge and discharge. Therefore, such an active material should be excellent in adhesion with the substrate 10 so as not to fall off the substrate 10. In the present invention, the adhesion between the base material 10 and the active material layer 30 can be improved by forming the intermediate layer 20 containing carbon between the base material 10 and the active material layer 30.

또한, 중간층(20)에 바인더를 포함함으로써, 기존의 활물질 슬러리에 바인더를 사용함으로 인한 전지의 성능 저하 현상을 방지할 수 있다. 또한, 활물질 슬러리에 바인더를 포함시킨 경우보다 중간층(20)에 바인더를 포함한 경우가 바인더의 양을 적게 하더라도 기재(10)와 활물질층(30) 간의 접착력을 보다 강화할 수 있다.In addition, by including the binder in the intermediate layer 20, it is possible to prevent the performance degradation of the battery due to the use of the binder in the existing active material slurry. In addition, even when the binder is included in the intermediate layer 20 than when the binder is included in the active material slurry, even if the amount of the binder is reduced, the adhesion between the substrate 10 and the active material layer 30 may be further enhanced.

이하에서는 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a secondary battery according to the present invention will be described.

본 발명에 따른 이차 전지는 먼저 기재(10)를 마련한다. 그리고, 기재(10) 상에 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액을 코팅하여 중간층(20)을 형성한다. 여기서, 카본 용액은 그라파이트, 그라핀 나노시트 및 그라핀으로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The secondary battery according to the present invention first prepares a substrate 10. In addition, the intermediate layer 20 is formed by coating a mixed solution of a carbon solution and a binder solution on the substrate 10. Here, the carbon solution may be any one selected from the group consisting of graphite, graphene nanosheets, and graphene.

카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액은 스크린프린트 코팅 방법 또는 스프레이 코팅 방법을 이용하여 코팅할 수 있다.The mixed solution of carbon solution and binder solution can be coated using a screenprint coating method or a spray coating method.

스크린프린트 코팅 방법은 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액을 코팅하고자 하는 영역이 개방된 마스크를 준비한다. 그리고, 기재(10) 상에 마스크를 위치시킨다. 이후, 마스크의 개방된 영역으로 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액을 롤러를 이용하여 기재(10) 상에 전사시킨다.The screenprint coating method prepares a mask in which an area to be coated with a mixed solution of a carbon solution and a binder solution is opened. Then, a mask is placed on the substrate 10. Thereafter, the mixed solution of the carbon solution and the binder solution is transferred onto the substrate 10 using a roller to the open area of the mask.

스프레이 코팅 방법은 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액을 코팅하고자 하는 영역이 개방된 마스크를 준비한다. 그리고, 기재(10) 상에 마스크를 위치시킨다. 이후, 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액을 분사한다. 이에 의하여 기재(10) 상에는 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액이 코팅될 수 있다.The spray coating method prepares a mask in which the area to be coated with the mixed solution of the carbon solution and the binder solution is opened. Then, a mask is placed on the substrate 10. Thereafter, a mixed solution of the carbon solution and the binder solution is sprayed. As a result, a mixed solution of a carbon solution and a binder solution may be coated on the substrate 10.

그리고 나서, 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액이 코팅된 중간층(20) 상에 활물질층(30)을 형성한다.Then, the active material layer 30 is formed on the intermediate layer 20 coated with the mixed solution of the carbon solution and the binder solution.

도 2는 그라파이트의 화학구조식이다.2 is a chemical structural formula of graphite.

도 2를 참조하면, 그라파이트는 육방정계 결정으로, 판형 구조가 다수 겹쳐진 형태를 띤다. 즉, 그라파이트의 구조는 탄소 여섯 개로 이루어진 고리가 연결되어 층을 이룬 모양을 띤다. 여기서, 같은 층에서의 탄소 간(A)에는 공유 결합을 이루고 있으며, 다른 층에서의 탄소 간(B)에는 약한 결합력에 의해 연결되어 있다.Referring to FIG. 2, graphite is a hexagonal crystal and has a plurality of plate-like structures. In other words, the structure of graphite has a layered structure in which six carbon rings are connected. Here, covalent bonds are formed between the carbon atoms (A) in the same layer, and are connected to the carbon atoms (B) in the other layer by weak bonding force.

도 3a는 그라핀 나노시트의 화학구조식이다.3A is a chemical structural formula of graphene nanosheets.

도 3a를 참조하면, 그라핀 나노시트는 도 2의 그라파이트의 판형 구조가 5㎚~50㎚의 두께로 형성된 형태를 띤다. 즉, 그라파이트의 다른 층 사이의 탄소 간(B) 결합을 끊어서 형성한다. 그라핀 나노시트의 경우, 그라파이트보다 그 두께가 작기 때문에 보다 적은 양을 가지고 극판 내 전기전도도 및 극판 접착력 증대효과를 볼 수 있다.Referring to FIG. 3A, the graphene nanosheets have a form in which the plate-shaped structure of the graphite of FIG. 2 is formed to have a thickness of 5 nm to 50 nm. That is, it is formed by breaking the bond between carbons (B) between different layers of graphite. In the case of graphene nanosheets, since the thickness is smaller than that of graphite, the graphene nanosheets have a smaller amount and can increase the electrical conductivity and the adhesion of the plate.

도 3b는 그라핀 나노시트의 TEM 사진이다.3B is a TEM photograph of graphene nanosheets.

도 3b에서 보는 바와 같이, 본 발명에 사용된 그라핀 나노시트는 결정 영역과 비정질 영역이 혼재된 상태로 존재한다. 도 3b의 상부 측이 결정 영역이며, 하부측이 비정질 영역을 나타낸다. 이와 같이 결정 영역과 비정질 영역이 혼재되어 있으므로, 완벽한 결정을 이루는 카본 소재보다 저렴하다는 장점이 있다.As shown in FIG. 3B, the graphene nanosheets used in the present invention exist in a mixed state of the crystalline region and the amorphous region. The upper side of FIG. 3B is a crystal region, and the lower side represents an amorphous region. As such, since the crystalline region and the amorphous region are mixed, there is an advantage that the crystalline region and the amorphous region are cheaper than the carbon material forming the perfect crystal.

또한, 비정질 영역은 표면이 결정 영역보다 거칠기 때문에 표면적이 넓어, 중간층(20, 도 1 참조)으로 이용되는 경우, 기재(10, 도 1 참조) 또는 활물질층(30, 도 1 참조)과의 접착력이 증가될 수 있다. 그리고, 앞서 설명한 바와 같이 비정질 영역에 형성된 작용기에 의해 바인더에 있는 작용기와 결합성이 더 향상될 수 있다.In addition, the amorphous region has a larger surface area because the surface is rougher than the crystal region, and when used as the intermediate layer 20 (see FIG. 1), the adhesion with the base material 10 (see FIG. 1) or the active material layer 30 (see FIG. 1). This can be increased. As described above, the functional group formed in the amorphous region may further improve the binding property with the functional group in the binder.

도 4는 그라핀의 화학구조식이다.4 is a chemical structural formula of graphene.

도 4를 참조하면, 그라핀(Graphene)은 탄소를 뜻하는 '그라파이트'와 '불포화탄화수소'란 뜻의 '-ene'가 합쳐져서 만들어진 조어다. 즉, 그라핀은 탄소화합물로서, 판상 구조의 그라파이트(graphite) 한 겹을 의미하며, 2차원 형상을 띤다.Referring to Figure 4, graphene (Graphene) is an acronym created by combining 'graphene', meaning carbon, and '-ene', meaning 'unsaturated hydrocarbon'. In other words, graphene is a carbon compound, which means one layer of graphite having a plate-like structure, and has a two-dimensional shape.

특히, 그라핀 나노시트 또는 그라핀이 포함된 중간층(20)을 기재(10) 상에 코팅하면, 상호 간에 반데르발스(Van der Waals) 인력이 커질 수 있다. 또한, 후공정인 중간층(20) 상에 활물질층(30)을 코팅하면, 활물질층(30)과 중간층(20)의 접촉면에도 인력이 크게 작용하여 접착력이 증대되는 효과를 얻을 수 있다.In particular, when the graphene nanosheet or the graphene-containing intermediate layer 20 is coated on the substrate 10, the van der Waals attraction force may be increased. In addition, when the active material layer 30 is coated on the intermediate layer 20, which is a post-process, attractive force may also act on the contact surface between the active material layer 30 and the intermediate layer 20, thereby increasing the adhesive force.

이러한 그라핀 나노시트 또는 그라핀은 평면의 시트(sheet) 형태를 띠므로, 접촉면이 크다는 장점이 있다. 그리고, 그라핀은 s오비탈 1개와 p오비탈 2개로 이루어진 sp오비탈 3개의 sp2 구조인 평면삼각형 구조를 형성할 수 있다.Since the graphene nanosheets or graphenes have a flat sheet form, the contact surface is large. In addition, the graphene may form a planar triangle structure having three sp 2 structures consisting of one s orbital and two p orbitals.

표 1에는 기재(10)와 활물질층(30) 사이에 중간층(20)이 형성된 경우의 실시예와, 기재(10)와 활물질층(30) 사이에 중간층(20)이 형성되지 않은 경우의 비교예에 따른 접착력을 비교하였다.Table 1 shows an example in which the intermediate layer 20 is formed between the base material 10 and the active material layer 30, and a comparison when the intermediate layer 20 is not formed between the base material 10 and the active material layer 30. The adhesive force according to the example was compared.

구분division 중간층 유무Middle layer presence 접착력(gf/㎜)Adhesive force (gf / mm) 실시예Example OO 1.41.4 비교예Comparative example XX 0.40.4

표 1에서 보는 바와 같이, 기재(10)와 활물질층(30) 사이에 중간층(20)이 형성된 경우(실시예)가 중간층(20)이 형성되지 않은 경우(비교예)보다 기재(10)와 활물질층(30) 간의 접착력이 더 높음을 알 수 있다. 즉, 중간층(20)이 형성된 경우의 접착력은 1.4gf/㎜인데 비하여, 중간층(20)이 형성되지 않은 경우의 접착력은 0.4gf/㎜로 측정되었다.As shown in Table 1, the case where the intermediate layer 20 is formed between the base material 10 and the active material layer 30 (an example) is less than the case where the intermediate layer 20 is not formed (comparative example). It can be seen that the adhesion between the active material layer 30 is higher. That is, the adhesive force when the intermediate layer 20 was formed was 1.4 gf / mm, whereas the adhesive force when the intermediate layer 20 was not formed was measured as 0.4 gf / mm.

이러한 중간층이 형성된 경우의 기재(10)와 활물질층(30)의 접착력은 0.5gf/㎜ 내지 5.0gf/㎜의 범위로 형성될 수 있다. 여기서, 기재(10)와 활물질층(30)의 접착력이 0.5gf/㎜ 미만일 경우 극판 권취과정에서 극판 탈락 등 이물이 발생하여 셀 안전성에 문제점이 될 수 있다. 그리고, 기재(10)와 활물질층(30)의 접착력이 5.0gf/㎜를 초과하는 경우 극판이 딱딱해져서 권취 과정에서 극판합재가 깨질 수 있는 문제점이 있다.When such an intermediate layer is formed, the adhesion between the substrate 10 and the active material layer 30 may be formed in a range of 0.5 gf / mm to 5.0 gf / mm. Here, when the adhesion between the base material 10 and the active material layer 30 is less than 0.5 gf / mm, foreign matters such as falling off of the electrode plate may occur in the electrode plate winding process, which may be a problem in cell safety. In addition, when the adhesion between the base material 10 and the active material layer 30 exceeds 5.0 gf / mm, the electrode plate becomes hard and there is a problem that the electrode plate material may be broken during the winding process.

도 5는 카본 소재의 XRD(X-ray Diffraction) 분석 결과를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the results of X-ray diffraction (XRD) analysis of a carbon material.

도 5를 참조하면, XRD는 엑스레이(X-ray)를 샘플에 투사하여 X선이 산란 또는 회절할 때, 회절 패턴을 분석하는 것이다. 따라서, 이를 이용하여 카본 소재의 미세 구조, 특히 결정성을 보다 정확하게 알 수 있다. 특히, 수학식 1의 쉐러 방정식(Scherer's equation)에 따르면 도 3a의 그라핀 나노 시트의 결정 크기(Lc)를 구할 수 있다.Referring to FIG. 5, XRD analyzes a diffraction pattern when X-rays are scattered or diffracted by projecting X-rays onto a sample. Therefore, the microstructure of the carbon material, in particular, the crystallinity can be used more accurately. In particular, according to the Scherer's equation of Equation 1, the crystal size Lc of the graphene nanosheet of FIG. 3A may be obtained.

Figure 112011051690816-pat00001
Figure 112011051690816-pat00001

(여기서, L = crystallite size, B = Peak width (FWHM, Full Width at Half Maximum), λ = wavelength of x-rays θ = angle corresponding to the peak)
Where L = crystallite size, B = Peak width (FWHM, Full Width at Half Maximum), λ = wavelength of x-rays θ = angle corresponding to the peak

구분division FWHMFWHM Two thetaTwo theta Crystal size(Å)Crystal size (Å) 실시예1(GNS Lc)Example 1 (GNS Lc) 0.560290.56029 26.38426.384 146146 실시예2(GNS Lc)Example 2 (GNS Lc) 0.468440.46844 26.57726.577 174174

그라핀 나노 시트의 결정 크기(Lc)는 상기 수학식 1에 표 2의 값을 대입하여 구할 수 있으며, 실시예 1과 실시예 2에서 결정 크기가 146Å 및 174Å으로 나타났다.The crystal size (Lc) of the graphene nanosheets can be obtained by substituting the values of Table 2 in Equation 1, and the crystal sizes of 146 Å and 174 Å were shown in Examples 1 and 2.

도 6은 기재와, 기재 상에 그라핀 나노시트가 형성된 극판의 율 특성을 비교한 그래프이다.6 is a graph comparing the rate characteristics of the base plate and the electrode plate on which the graphene nanosheets are formed.

도 6을 참조하면, 기재에 활물질층이 형성된 상태의 극판과, 기재 상에 그라핀 나노시트 및 활물질층이 형성된 극판의 충ㆍ방전율(C-rate)에 따른 잔류용량비율을 비교하였다.Referring to FIG. 6, the residual capacity ratios of the electrode plates having the active material layer formed on the substrate and the electrode plates having the graphene nanosheets and the active material layer formed on the substrate were compared.

여기서, 충ㆍ방전율은 전지의 충ㆍ방전 시 다양한 사용조건 하에서의 전류값 설정 및 이차 전지의 가능 사용시간을 예측하거나 표기하기 위한 단위로서, 충ㆍ방전율에 따른 전류값의 산출은 충전 또는 방전전류를 전지 정격용량의 단위를 뺀 값으로 나누어 충ㆍ방전 전류값을 산출한다.Here, the charge / discharge rate is a unit for predicting or indicating the current value under various use conditions and the possible use time of the secondary battery when charging or discharging the battery. The calculation of the current value according to the charge / discharge rate is based on the charge or discharge current. Calculate the charge / discharge current value by dividing the value by subtracting the unit of battery rated capacity.

충ㆍ방전율(A) = 충ㆍ방전전류(A) / 전지의 정격용량Charge / discharge rate (A) = charge / discharge current (A) / rated capacity of battery

또한, 충ㆍ방전율에서 산정된 전류 조건하에서 정격용량 대비 발현된 용량을 기준으로 아래와 같은 식에 준하여 사용시간을 환산하거나 예측할 수 있다.In addition, the usage time can be converted or predicted based on the following expression based on the capacity expressed relative to the rated capacity under the current condition calculated from the charge / discharge rate.

사용시간(h) = 발현용량(Ah) / 방전전류(A)Operating time (h) = expression capacity (Ah) / discharge current (A)

여기서,here,

잔류용량비율(%) = 활물질 잔류용량[mAh/g]/활물질 초기용량[mAh/g]×100Residual Capacity Ratio (%) = Active Material Residual Capacity [mAh / g] / Active Material Initial Capacity [mAh / g] × 100

본 발명에 따른 알루미늄 기재 상에 그라핀 나노시트가 코팅된 극판(GNS_Al)과 알루미늄 기재를 사용한 극판(Ref_Al)을 비교하였을 때, 율 특성이 거의 유사하게 나타난다. 즉, 본 발명에 따른 그라핀 나노시트가 코팅된 극판은 전기전도도 및 접착성이 향상될 뿐만 아니라 저항을 낮출 수 있는 특성을 지니면서도 기존의 알루미늄 기재를 사용한 극판과 동일한 수준의 율 특성을 나타냄을 알 수 있다.When comparing the graphene plate (GNS_Al) coated with graphene nanosheets on the aluminum substrate according to the present invention and the electrode plate (Ref_Al) using an aluminum substrate, the rate characteristic is almost similar. That is, the graphene nanosheet coated electrode plate according to the present invention not only improves the electrical conductivity and adhesion, but also has the property of lowering the resistance and exhibits the same rate characteristics as the electrode plate using the conventional aluminum substrate. Able to know.

도 7은 기재와, 기재 상에 그라핀 나노시트가 형성된 극판의 고율 수명 특성을 비교한 그래프이다.FIG. 7 is a graph comparing high-rate life characteristics of a base plate and an electrode plate having graphene nanosheets formed thereon.

도 7에서 보는 바와 같이, 고율 수명의 실험조건은 4C-rate으로 충전 및 방전을 지속한 사이클 수명 결과이다. 본 발명에 따른 알루미늄 기재 상에 그라핀 나노시트 및 활물질층이 형성된 극판(GNS_Al)과, 알루미늄 기재에 활물질층이 형성된 상태의 극판(Ref_Al)을 비교하였을 때, 고율 수명 특성이 유사한 형태를 띤다. 즉, 충ㆍ방전 주기가 반복될수록 잔류용량비율이 감소하는 형태의 고율 특성을 나타낸다.As shown in Figure 7, the experimental conditions of high rate life is the cycle life results of continued charging and discharging at 4C-rate. When the graphene nanosheet and the active material layer (GNS_Al) on which the active material layer is formed on the aluminum substrate according to the present invention and the electrode plate (Ref_Al) in the state where the active material layer is formed on the aluminum substrate, high-rate life characteristics have a similar form. In other words, it exhibits a high rate characteristic in which the residual capacity ratio decreases as the charge / discharge cycle is repeated.

다만, 90번의 충ㆍ방전 주기를 거친 상태의 잔류용량비율을 비교하면, 본 발명(GNS_Al)의 잔류용량비율은 대략 61%를 나타내며, 비교재(Ref_Al)의 잔류용량비율은 대략 52%를 나타낸다. 이를 통하여 본 발명에 따른 극판(GNS_Al)이 비교재(Ref_Al)보다 우수한 고율 수명 특성을 보임을 알 수 있다.However, when comparing the residual capacity ratio after 90 charge / discharge cycles, the residual capacity ratio of the present invention (GNS_Al) represents approximately 61%, and the residual capacity ratio of the comparative material (Ref_Al) represents approximately 52%. . Through this, it can be seen that the electrode plate (GNS_Al) according to the present invention exhibits a higher rate of life characteristics than the comparative material (Ref_Al).

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
The scope of the present invention is defined by the following claims. The scope of the present invention is not limited to the description of the specification, and all variations and modifications falling within the scope of the claims are included in the scope of the present invention.

10 : 기재
20 : 중간층
30 : 활물질층
10: substrate
20: middle layer
30: active material layer

Claims (14)

기재;
상기 기재 상에 형성된 카본(Carbon) 소재를 포함하는 중간층; 및
상기 중간층 상에 형성되는 활물질층;을 포함하고,
상기 카본 소재는 그라핀 나노시트(Graphene nano sheet)를 포함하며,
상기 카본 소재는 비정질 영역을 포함하는 이차 전지.
materials;
An intermediate layer including a carbon material formed on the substrate; And
An active material layer formed on the intermediate layer;
The carbon material includes a graphene nano sheet,
The carbon material includes a secondary battery.
제1항에 있어서,
상기 중간층은 바인더를 더 포함하여, 상기 카본 소재와 혼합된 상태로 존재하는 이차 전지.
The method of claim 1,
The intermediate layer further comprises a binder, the secondary battery is present in a mixed state with the carbon material.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 기재와 상기 활물질층의 접착력은 0.5gf/㎜ 내지 5.0gf/㎜의 범위로 형성되는 이차 전지.
The method of claim 1,
Adhesion between the substrate and the active material layer is a secondary battery formed in the range of 0.5gf / mm to 5.0gf / mm.
제1항에 있어서,
상기 중간층의 두께는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위로 형성되는 이차 전지.
The method of claim 1,
The thickness of the intermediate layer is a secondary battery formed in the range of 0.2㎛ 5㎛.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 카본 소재의 비정질 영역은 2% 내지 50%의 범위로 형성되는 이차 전지.
The method of claim 1,
An amorphous region of the carbon material is formed in the range of 2% to 50%.
제1항에 있어서,
상기 기재는 양극의 집전체를 포함하는 이차 전지.
The method of claim 1,
The substrate is a secondary battery comprising a current collector of the positive electrode.
제2항에 있어서,
상기 바인더는 PVDF(Polyvinylidene Flouride), PI(Polyimide), PAI(Polyamideimide), 키토산(Chitosane) 및 SBR(Styrene-Butadiene Rubber)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 이차 전지.
The method of claim 2,
The binder includes at least one selected from the group consisting of Polyvinylidene Flouride (PVDF), Polyimide (PI), Polyamideimide (PAI), Chitosane, and Styrene-Butadiene Rubber (SBR).
기재를 마련하는 단계;
상기 기재 상에 카본 용액 및 바인더 용액의 혼합 용액으로 코팅하는 단계; 및
상기 혼합 용액 상에 활물질을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 카본 용액은 그라핀 나노시트를 포함하며,
상기 카본 용액은 비정질 영역을 포함하는 이차 전지의 제조방법.
Preparing a substrate;
Coating a mixed solution of a carbon solution and a binder solution on the substrate; And
Forming an active material on the mixed solution;
The carbon solution includes a graphene nanosheet,
The carbon solution is a method of manufacturing a secondary battery comprising an amorphous region.
제10항에 있어서,
상기 코팅 단계에서, 상기 카본 용액 및 바인더 용액은 스크린프린트 코팅 방법을 이용하여 코팅하는 이차 전지의 제조방법.
The method of claim 10,
In the coating step, the carbon solution and the binder solution is coated using a screen print coating method of manufacturing a secondary battery.
제10항에 있어서,
상기 코팅 단계에서, 상기 카본 용액 및 바인더 용액은 스프레이 코팅 방법을 이용하여 코팅하는 이차 전지의 제조방법.
The method of claim 10,
In the coating step, the carbon solution and the binder solution is coated using a spray coating method.
제10항에 있어서,
상기 코팅 단계에서, 상기 카본 용액 및 바인더 용액은 서로 혼합된 상태로 코팅하는 이차 전지의 제조방법.
The method of claim 10,
In the coating step, the carbon solution and the binder solution is a secondary battery manufacturing method of coating in a mixed state with each other.
삭제delete
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6069821B2 (en) * 2011-09-28 2017-02-01 ソニー株式会社 Lithium ion secondary battery
CN103187576B (en) * 2011-12-28 2015-07-29 清华大学 Collector, electrochemical cell electrode and electrochemical cell
KR102055186B1 (en) * 2012-10-22 2020-01-22 에스케이이노베이션 주식회사 Graphene conductive layer for high power density supercapacitors
WO2014200649A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-18 Graftech International Holdings Inc. Method of producing a graphene material
KR102172024B1 (en) * 2013-07-16 2020-10-30 삼성에스디아이 주식회사 Electron collector structure and electrode and lithium battery containing the electron collector structure
US10459641B2 (en) * 2014-03-24 2019-10-29 International Business Machines Corporation Efficient serialization of journal data
CN106033816B (en) * 2014-12-11 2019-02-12 日本蓄电器工业株式会社 The electrode manufacturing method using three-dimensional shape electrode matrix of electrochemical applications product
JP6851711B2 (en) * 2015-03-26 2021-03-31 株式会社Gsユアサ Power storage element
US20170271717A1 (en) * 2016-03-16 2017-09-21 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, battery pack, and vehicle
CN107749479B (en) * 2016-09-14 2020-09-25 万向一二三股份公司 Carbon-coated copper foil negative plate and power battery containing same
US20180174202A1 (en) * 2016-12-16 2018-06-21 Steve Richardson Targeted Reviews
AU2017391883A1 (en) 2017-05-30 2018-12-13 Armor Cathode of accumulator, associated accumulator and battery
CN111213260A (en) * 2017-08-17 2020-05-29 微宏动力系统(湖州)有限公司 Anode, anode preparation method and lithium ion battery
US11791519B2 (en) * 2020-10-20 2023-10-17 Wisconsin Alumni Research Foundation Biodegradable transient battery built on core-double-shell zinc microparticle networks

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980059084A (en) * 1996-12-30 1998-10-07 손욱 Pretreatment method of the electrode plate for lithium battery
JP2000149924A (en) * 1998-11-06 2000-05-30 Japan Storage Battery Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004030998A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Yuasa Corp Electrode for battery and battery using the same
WO2010025052A1 (en) 2008-08-28 2010-03-04 3M Innovative Properties Company Electrode including current collector with nano-scale coating and method of making the same

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10144298A (en) 1996-11-15 1998-05-29 Sanyo Electric Co Ltd Lithium secondary battery
JP4083260B2 (en) * 1997-07-09 2008-04-30 松下電器産業株式会社 Method for producing electrode plate of non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH1173947A (en) * 1997-08-29 1999-03-16 Ricoh Co Ltd Electrode for battery and its manufacture
JPH11312516A (en) * 1998-04-28 1999-11-09 Sanyo Electric Co Ltd Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
CN1193442C (en) 1999-12-17 2005-03-16 大日本印刷株式会社 Packaging material for polymer cell and method for producing same
JP2002134103A (en) * 2000-10-27 2002-05-10 Toshiba Battery Co Ltd Method of producing electrode for polymer lithium secondary battery
JP3982221B2 (en) 2001-02-01 2007-09-26 三菱マテリアル株式会社 Lithium ion polymer secondary battery and method for synthesizing binder used for adhesion layer of battery
DE60237483D1 (en) * 2001-04-10 2010-10-07 Mitsubishi Materials Corp Secondary lithium-ion polymer battery, its electrodes and methods for synthesizing a polymer compound in a binder serving as an adhesive layer therefor
JP3733404B2 (en) * 2001-05-22 2006-01-11 富士重工業株式会社 Positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery
JP2003173781A (en) * 2001-09-28 2003-06-20 Mitsubishi Materials Corp Paint for adhesive layer as well as electrode for secondary battery and secondary battery using them
JP5153055B2 (en) 2003-10-31 2013-02-27 昭和電工株式会社 Carbon material for lithium secondary battery electrode, manufacturing method thereof, electrode paste, electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP4424079B2 (en) * 2004-06-09 2010-03-03 日産自動車株式会社 Polymer battery, polymer battery manufacturing method, battery pack, and vehicle equipped with the same
JP2007012803A (en) * 2005-06-29 2007-01-18 Sanyo Electric Co Ltd Electrochemical element
JP4552782B2 (en) * 2005-07-06 2010-09-29 コニカミノルタオプト株式会社 Shake detection device, shake correction device, and imaging device
TWI467840B (en) 2005-09-02 2015-01-01 A123 Systems Inc Nanocomposite electrodes and related devices
JP5157244B2 (en) 2007-05-11 2013-03-06 Tdk株式会社 Electrochemical device and manufacturing method thereof
JP5286994B2 (en) * 2007-07-11 2013-09-11 東洋インキScホールディングス株式会社 Battery composition
KR101494435B1 (en) 2008-01-15 2015-02-23 삼성전자주식회사 Electrode, Lithium battery, method for preparing electrode and composition for electrode coating
US20090186276A1 (en) 2008-01-18 2009-07-23 Aruna Zhamu Hybrid nano-filament cathode compositions for lithium metal or lithium ion batteries
EP2250688B1 (en) * 2008-03-05 2015-11-25 EaglePicher Technologies, LLC Lithium-sulfur battery and cathode therefore
JP5098954B2 (en) 2008-10-28 2012-12-12 日本ゼオン株式会社 Method for producing electrode for electrochemical device and electrochemical device
JP5341470B2 (en) * 2008-10-29 2013-11-13 旭化成株式会社 ELECTRODE BODY FOR STORAGE ELEMENT, NON-AQUEOUS LITHIUM TYPE STORAGE ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING ELECTRODE BODY FOR STORAGE ELEMENT
US8778538B2 (en) * 2009-11-06 2014-07-15 Northwestern University Electrode material comprising graphene-composite materials in a graphite network
CN102834401B (en) * 2010-02-03 2016-08-24 无限药品股份有限公司 Inhibitors of fatty acid amide hydrolase
JP4659156B1 (en) * 2010-07-01 2011-03-30 オリオン電機株式会社 Electronic equipment with a liquid crystal display panel
US9437344B2 (en) * 2010-07-22 2016-09-06 Nanotek Instruments, Inc. Graphite or carbon particulates for the lithium ion battery anode
JP5883301B2 (en) * 2011-02-07 2016-03-15 日本バイリーン株式会社 Moisture management sheet, gas diffusion sheet, membrane-electrode assembly, and polymer electrolyte fuel cell
KR101199177B1 (en) * 2011-06-15 2012-11-07 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery
KR101817260B1 (en) * 2013-02-22 2018-01-11 삼성전자주식회사 Graphene-nanomaterial composite, electrode and electric device including the graphene-nanomaterial composite, and method of manufacturing the graphene-nanomaterial composite

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980059084A (en) * 1996-12-30 1998-10-07 손욱 Pretreatment method of the electrode plate for lithium battery
JP2000149924A (en) * 1998-11-06 2000-05-30 Japan Storage Battery Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004030998A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Yuasa Corp Electrode for battery and battery using the same
WO2010025052A1 (en) 2008-08-28 2010-03-04 3M Innovative Properties Company Electrode including current collector with nano-scale coating and method of making the same

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